诺斯罗普·格鲁曼:增材制造储箱交付周期减半、成本降三成,但认证挑战仍在
在AMA,也就是Aerospace, Space & Defense 2025会议上,诺斯罗普·格鲁曼公司增材制造卓越中心经理安德鲁·汤普森分享了一个观察。
坦率地讲,航天硬件增材制造里,最容易打印的零件往往最难认证。将锻件和焊缝变成一个打印件听起来全是优势,但前提是得证明它在轨道压力下不会失效。
他说,公司每年打印几十万个工装零件,但这次聊的重点是更难的类别。其实就是「飞航产品」,也就是真正在天上飞的硬件。
Thompson说,「我想把这技术从那些只能给项目省5000美元的支架,扩展到能省50万美元甚至更多的储箱,具体看尺寸。」

说到底,诺斯罗普的推进剂储箱就是这种权衡的最清楚例子。Thompson说,「我们最初在想,怎么把储箱作为一个整体件造出来?同时解决锻件和复杂焊接环节的供应链挑战?」
团队用钛Ti-64的定向能量沉积技术来构建。设计参考了GAMAT项目的数据集,Thompson把这个工作主要归功于美国增材制造联盟America Makes和波音公司。
一开始只是个演示件,但表现足够好,诺斯罗普就把它转入正式性能测试。和锻焊版本比,交付周期缩短了大约一半,成本降低了约三成。硬点直接打印在储箱壁上,进料管同时作为后续推进管路焊接的定位点。整个过程不需要新合金,只是决定不再把储箱看作零件的拼凑。
作为关键飞行硬件,打印储箱还是要接受同样严格的测试。推进剂储箱是压力容器,而去太空的压力容器没有第二次机会。Thompson说,「目前对我们来说,技术障碍还是这些部件的无损评估。」
「单件储箱变得相对难检测。所以我们目前专注于下一代无损评估技术,确保它获得航天器飞行认证。」所以呢,解决了供应链问题的零件也带来了新的认证挑战,这是任何从演示走向飞行鉴定都会遇到的典型权衡。
蜂窝板也遇到类似的权衡,但复杂性在后期才冒出来。改用增材制造本身就把成本降低了约90%,再通过拓扑优化重新设计内部晶格结构进一步省钱,在刚度与质量之间取舍——要么刚度提高10%,要么质量降低15%。大部分省钱来自把安装硬件直接打印到面板里,而不是后头再粘。
那复杂性在哪?其实就是目前用的铝合金AlSi10Mg在热处理时会出现变形。Thompson解释说,「我能量化的是AlSi10Mg在淬火时弯了多少,大约半英寸。我们很惊讶零件竟然还保持完整。」他说,「它弯得很厉害,肉眼就能看出来。」零件刚从打印平台上拿下来时看着没问题,但让面板轻巧的薄壁几何结构也让它不稳定。
诺斯罗普的解决方案是CP1合金,Thompson称它的导电和导热性能是AlSi10Mg的两倍,而且跳过了导致变形的淬火步骤。他还没法量化差异。「CP1零件大约一周就能造出来,所以我还没量差在哪。CP1在400度保温四小时进行去应力处理,它不会产生同样的效果。」
除了储箱和面板,Thompson还提了其他目标。比如想完全消除芯轴的固体火箭发动机喷嘴、集成光学平台,还有能以小时计、低成本快速生产的线束和ECS管道。你想想看,推进器的发展可能比大家想象的要更深入。他补充说,「我认为市场理解液体火箭发动机的价值,以及我们在卫星里用到的一些推进器。」
芯轴的瓶颈有点不同。诺斯罗普用增材制造替代复合材料及金属结构模具的锻件,障碍不是检验,而是让新设计获批准的成本。Thompson说,「我们现在面临的挑战是昂贵且漫长的非重复性工程。」他部分归因于定向能量沉积技术相比激光粉末床熔融还不够成熟,后者有更多时间在打印前实现自动化准备。
天线是这种权衡已经解决的地方,至少对一款产品而言。和合作伙伴瑞士公司SWISSto12一起开发的,用AlSi10Mg通过激光粉末床熔融做的馈源喇叭已经投入飞行。他说,「这些目前正在轨道上执行任务。」把馈源喇叭和馈源链打印成一个零件,缩小了组件的尺寸、重量和功耗。Thompson反复提及的细节是表面光洁度。「这些表面处理技术对实现性能很关键,确实是许多这类产品的重要推动因素。」
这类零件能不能最终造出来取决于批准。认证新的增材工艺还是走那个又慢又贵的周期,根据诺斯罗普汇编的一份叫《空间增材制造要求标准》的文件里的标准生成测试样件。这个标准通过分解和调整现有框架(包括NASA‑STD‑6030、AWS D20.1、MMPDS和AMS规范)制定,方便各项目一致应用。
他说,「这不能消除数据负担。生成数据、生成样件仍然又慢又贵,我一直等着有人告诉我怎么把这个过程从18个月和数百万美元缩减下来。」同样阻碍储箱进展的无损评估问题,在这里又作为成本障碍重新出现。常见的情况是,对现在的增材制造零件,质量成本约占零件总成本的一半。
部分成本来自重复努力,也就是说每家公司都按自己的标准鉴定零件,没有统一标准。Thompson担任一个正好在解决这问题的America Makes咨询委员会主席,同时内部也在努力发布诺斯罗普认为不再具有竞争力的更多材料数据。一个相关的挑战是像AlSi10Mg这样的商品化材料,他希望大家的需求分散到更多供应商,而不是锁死在某个项目已认证的单一供应商,这样新机器产能就不用依赖一家。
被问到一个值得记住的见解时,Thompson完全跳过了材料。他老实说,「大家都总想谈论材料体系,但忘了还有另外三个泳道,也就是我怎样认证它?怎样设计它?以及怎样检测它?」
他的方法是从公司需要的产品出发,然后逆向经过认证、设计和检验,直到增材制造变得「有用」。这是个很低的门槛,但很多增材制造项目仍然没能跨过。
被问到美国国防部2026财年预算时,保持同样的谨慎。他说,「我始终支持更多资金。」然后补了一个限定词,让讨论保持诚实。他说,增材制造「并不是解决国防部试图解决的更大问题的唯一答案。」


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